Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Силовая электроника. Учебное пособие
.pdf
плата № 7: L без компенсации и С3-фильтр; L с компенсацией и
С3-фильтр;
плата № 8: С
плата № 9: L1-L2-C
-L2-С3-фильтр;
ф
-фильтр;
ф
плата № 10: транзисторный фильтр с С5; транзисторный фильтр с
С5 и С1.
Вариант 2
Плата № 5: С1-фильтр; С2-фильтр; R
С2-R
-С4-фильтр;
ф
-С3-фильтр; Rф-С4-фильтр;
ф
плата № 6: L1-С4-фильтр; L2-С4-фильтр; С2-L2-С4-фильтр;
плата № 7: фильтр с компенсацией и без компенсации и С4;
плата № 8: С
плата № 9: L1-L2-С
-L2-С4-фильтр;
ф
-фильтр;
ф
плата № 10: транзисторный фильтр с С6.
Содержание отчета
1. Цель работы.
2. Схемы выпрямителей.
3. Снятые осциллограммы.
4. Внешние характеристики однополупериодного выпрямителя
(в одних координатных осях).
5. Внешние характеристики всех выпрямителей без фильтров
(в одних координатных осях).
6. Схемы фильтров.
7. Таблица, показывающая коэффициент фильтрации различных
фильтров.
8. Выводы по работе.
Контрольные вопросы
1. Объясните работу схем выпрямления.
2. Объясните работу фильтров.
3. Поясните ход внешних характеристик при работе на различные
типы фильтров.
4. Поясните вид осциллограмм токов и напряжений.
5. Постройте зависимости сопротивлений фильтров от частоты.
41
1.5. Мостовая несимметричная схема выпрямления
Замена части тиристоров на диоды удешевляет и упрощает вентильный преобразователь за счет удешевления вентильного блока и
упрощения каналов управления. Кроме того, при больших углах
управления ( > 60°) данная схема имеет более высокий коэффициент
мощности по сравнению с симметричной схемой.
Различные варианты включения диодов и тиристоров в схеме
несимметричного мостового выпрямителя представлены
на рис. 27.
Рис. 27. Мостовой несимметричный выпрямитель:
а – с нулевым диодом и тиристорами в катодной группе;
б – с тиристорами в разных группах
Рис. 28. Работа МНСВ
а б
Рассмотрим схему, изображенную на
рис. 27, б. Временные диаграммы, поясняющие работу схемы, показаны на рис. 28.
В момент времени = выдается управляющий импульс на тиристор VS1, и на
интервале (, ) ток протекает через тири-
стор VS1, нагрузку и диод VD4. В момент
времени открывается диод VD3, а тири
стор VS1 закрывается. Диод VD4 остается
открытым до тех пор, пока в момент времени = + не будет выдан управляющий
импульс на тиристор VS2, который откроется. На интервале ( + , 2) ток нагрузки
42
-
будет протекать через тиристор VS2 и диод VD3. В момент времени
= 2 откроется диод VD4, а тиристор VS2 закроется. Диод VD3 будет
открыт до тех пор, пока в момент времени = не откроется тиристор VS1. Таким образом, на интервалах (0, ) и (, + ) нагрузка
закорочена через диоды
VD3, VD4.
Коммутация тока с тиристоров на диоды той же группы происходит
в моменты времени, когда питающее напряжение становится положительным, а с диодов на тиристоры – при выдаче управляющих импульсов на тиристоры. Таким образом, длительность проводящего состояния диодов = + , а длительность проводящего состояния тиристоров =
– .
Первая гармоника потребляемого из сети тока отстает от напряжения на угол = / 2 (см. рис. 28), что в два раза меньше, чем в симметричных схемах. Однако при углах управления, меньших 60°, это не
дает выигрыша в коэффициенте мощности , поскольку при большем
cos эта схема имеет меньший коэффициент
несинусоидальности .
Сказанное выше справедливо и для схемы, изображенной на
рис. 27, а. Особенность схемы, изображенной на рис. 27, а, в невоз-
можности отключения схемы снятием управляющих импульсов без
наличия нулевого диода.
Допустим, ток проводил тиристор VS1.
В этом случае имеем схему включения,
изображенную на рис. 29. Когда напряжение
вторичной обмотки трансформатора положительно
VD4. Когда напряжение вторичной обмотки
трансформатора отрицательно, ток проводят
тиристор VS1 и диод VD2, т. е. тиристор VS1
, ток проводят тиристор VS1 и диод
Рис. 29. Схема замещения
остается открытым в течение всего периода
из-за индуктивности в нагрузке. Недостаток устраняется введением в
схему (см. рис. 27, а) нулевого диода VD0.
1.6. Ступенчатое регулирование выходного напряжения
На рис. 30 изображена двухполупериодная нулевая схема со ступенчатым регулированием выходного напряжения. Улучшение коэффициента мощности в схеме происходит за счет перехода к меньшим
значениям вторичного напряжения трансформатора по мере снижения
выпрямленного напряжения.
43
Рис. 30. Ступенчатое регулирование выходного
Рис. 31. Временные
диаграммы
Практические исследования
напряжения
Регулирование можно подразделить на два
этапа. Первый этап, когда на тиристоры VS11 и
VS31 выдается угол управления, равный нулю
()0,
а угол управления на тиристоры VS1
1
и VS3 варьируется 0180).( a На втором
этапе тиристоры VS1, VS3 не включаются
(180a либо управляющие импульсы от-
сутствуют), а угол управления на тиристоры
VS11, VS31 варьируется
08.)0(1
1
Кроме того, для повышения коэффициента
мощности параллельно нагрузке включается
нулевой диод.
Временные диаграммы, поясняющие работу схемы, для случая, когда
60 ,
показаны на рис. 31.
0,
а
1
Задание 2
Исследование однофазного управляемого выпрямителя
Цель работы: изучение работы двухполупериодного управляемого
выпрямителя при различных видах нагрузки, изучение работы СИФУ
по принципиальной схеме.
44
Схема выпрямителя представлена на лицевой панели стенда. Работа
L
X
этой схемы описана ранее. Введение тиристоров – полууправляемых
вентилей – позволяет управлять моментом включения вентиля и, как
следствие, регулировать величину средневыпрямленного напряжения.
В зависимости от характера нагрузки возможен как режим непрерывного тока, так и режим прерывистого тока.
При активной нагрузке определим среднее значение выпрямленного
напряжения:
UU
dd
1cos()
.
0
2
При наличии индуктивности в цепи нагрузки в проводящую часть
периода энергия будет накапливаться в индуктивности и в результате
ток будет протекать и при приложении отрицательного напряжения к
нагрузке. В зависимости от величины индуктивности будет изменяться
длительность проводящего состояния вентиля, а к нагрузке будет приложено отрицательное напряжение с вторичной
обмотки трансформатора. Среднее значение выпрямленного напряжения в режиме непрерывного тока определим по формуле
UU .
dd
cos ( )
0
При конечном значении индуктивности режим непрерывного тока
будет продолжаться при увеличении угла управления до какого-то
, зависящего от соотношения индуктивного и активного сопро-
гр
тивления. Чем больше /,
конечно большой индуктивности
цательных участков в кривой выпрямленного напряжения
R тем больше гр, в пределе при бес-
= 90°. В то же время из-за отри-
гр
U станет
d
равным нулю при меньшем значении угла управления (в пределе
U при = 90°). Таким образом, регулировочная характеристика
0
d
при конечной индуктивности проходит между регулировочными характеристиками выпрямителя, работающего на активную нагрузку и на
нагрузку с бесконечно большой индуктивностью.
Внешняя характеристика выпрямителя в режиме непрерывного тока
имеет вид
UU IRX R U,
dd d a v
c( )os( ) /
0 Тдр
45
где
R
R
, RR – активные сопротивления вторичной обмотки трансфор-
Тдр
/
матора и дросселя соответственно;
из-за коммутации;
(0)
I и угле управления равном нулю.
d
U – средневыпрямленное напряжение при х.х.
0d
XI
ad
– падение напряжения
СИФУ
Формирование импульсов управления производится системой импульсно-фазового управления (СИФУ). Данная СИФУ является синхронной, так как формирование управляющих импульсов синхронизируется с анодными напряжениями на вентилях с помощью вторичных
обмоток 6–7 и 7–8 трансформатора TV. Эти обмотки составляют два
плеча моста, на котором собран фазосмещатель. Другие два плеча об-
разуют сопротивление
СИФУ является двухканальной, так как формирование импульсов на
каждый тиристор производится своим каналом, состоящим из сравнивающего устройства (нуль-органа), усилителя импульсов и формирователя импульсов.
Рассмотрим работу одного канала. При изменении сопротивления
изменяется фаза напряжения между выводом 7 трансформатора и
ф
точкой «а» по отношению к напряжению вторичной обмотки транс-
форматора (выводы 6–7). На вход нуль-органа (VT1) поступает отри-
цательная полуволна напряжения, транзистор открывается и потенциал
коллектора возрастает (так как напряжение источника через переход к-э
прикладывается к R3). Одновременно этот транзистор выполняет
функцию
усилителя импульсов. Дифференцирующая цепочка (С2-R5)
выделяет передний и задний фронт прямоугольного импульса с коллектора VT1, одновременно формируя требуемую длительность импульса управления. Положительный импульс проходит на управляющий электрод тиристора, а отрицательный – шунтируется диодом VD3.
Недостаток данной СИФУ – отсутствие потенциальной развязки между
силовой цепью и цепью управления.
и конденсатор С1. Кроме того, данная
ф
Программа работы
1. Изучить назначение переключателей и ручек потенциометров на
передней панели стенда.
46
2. При активном характере нагрузки замерить по осциллографу
R
R
значения углов управления тиристорами для каждого положения потенциометра
.
ф
3. Снять и построить регулировочную характеристику выпрямителя
при активной нагрузке
(R – минимально).
н
4. Снять и построить регулировочную характеристику при актив-
(
но-индуктивной нагрузке
– минимально).
н
5. Снять и построить внешние характеристики выпрямителя при
активной и активно-индуктивной нагрузках для трех углов регулирования (по заданию преподавателя).
6. При активной и активно-индуктивной нагрузках для двух значений угла управления (по заданию преподавателя) снять осциллограммы:
– выпрямленного напряжения
– выпрямленного тока
i
d
– напряжения на тиристоре
U
;
d
;
U
.
ак
Содержание отчета
1. Цель работы.
2. Принципиальная схема УВ.
3. Экспериментально снятые данные, сведенные в таблицы.
4. График регулировочных характеристик (все характеристики в
одних координатных осях).
5. График внешних характеристик (все характеристики в одних
координатных осях).
6. Снятые осциллограммы.
7. Выводы по работе.
Контрольные вопросы
1. Нарисуйте вид регулировочных характеристик при различных
видах нагрузки.
2. Принцип действия тиристора.
3. Поясните осциллограммы токов и напряжений.
4. Объясните работу схемы управления.
5. Запишите уравнение внешней характеристики.
47
2. ТРЕХФАЗНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ
Трехфазные выпрямители применяются для питания потребителей
средней и большой мощности. Первичная обмотка трансформатора
имеет три фазы и соединяется либо в звезду, либо в треугольник. Вторичные обмотки трансформатора (их может быть несколько) также
трехфазные. Трехфазные выпрямители отличаются высоким коэффициентом использования трансформатора и равномерно загружают
трехфазную сеть.
2.1. Трехфазный выпрямитель с нулевым выводом
Схема трехфазного выпрямителя с нулевым выводом представлена на рис. 32. Аноды
вентилей присоединены к выводам вторичной
обмотки трансформатора, а катоды соединены
и образуют положительный вывод на нагрузку. Нулевая точка трансформатора образует
второй вывод на нагрузку.
Работа на активную нагрузку
В любой момент времени проводит тот
вентиль, потенциал анода которого наиболь
ший. Точками естественной коммутации являются моменты равенства фазных напряжений, которые отстают от перехода синусоиды
Рис. 32. Трехфазная
нулевая схема
Продолжительность работы каждого вентиля составляет 2 / 3.
Выпрямленное напряжение и ток имеют одинаковую форму
кратные пульсации за период питающей сети. Напряжение на нагрузке
будет:
через нуль в положительном направлении на
угол: / 2 – / р = / 6. Временные диаграммы, поясняющие работу схемы, изображены на рис. 33.
и трех-
-
/3 /3
Uud UdUU
11 33
dd
2/3 2/3
/3 /3
2cos 1,17
222
48
2
.
Как видно из полученного выражения,
A
A
1,17k
коэффициент схемы
сх
. В общем
случае для m-фазной схемы выпрямления,
имеющей пульсность р, можно записать следующее выражение для выпрямленного
напряжения:
/
p
Uud
1
dd
2/
p
p
/
p
/
12sin(/)
pp
2/ /
Ud U
2cos .
22
/
p
p
Амплитуда обратного напряжения на
вентиле равна амплитуде линейного напря-
Рис. 33. R-нагрузка
жения вторичной обмотки трансформатора:
UUUUkU .
обрmax 2 2 сх
3326/2,09
mdd
Поскольку при активной нагрузке ток и напряжение имеют одина-
ковую форму, можно записать:
/.
UR Ток через вентиль протекает одну треть периода, поэтому
2
md
II I I .
a d am am
/3 3 /2 0,277
ImI m
dam
/sin/() (),
где amI
Особенности работы трансформатора
Особенностью работы схемы является неблагоприятный режим
работы трансформатора вследствие однофазной нагрузки в каждый
интервал работы одной из его вторичных обмоток, что вызывает постоянное подмагничивание сердечника.
Соединение первичной обмотки в звезду
Для упрощения расчетов положим коэффициент трансформации
трансформатора, равный 1. Известно, что
протекает через диод VD1, то при :
L
49
iii
111
d
Если ток
BC
iIii
222
0.
, а 0.
dBC
Рис. 34. Звезда
A
B
Так как три сердечника трансформатора
включены параллельно, то МДС по сер-
дечникам должны быть равны:
iiii
Из приведенных со-
21 21
BB CC
.
ii
21AA
отношений получим:
2/3
iId,
1
ii Id
11
C
/3
.
Аналогичные соотношения можно получить для случаев, когда работает второй и
третий вентили. Кривые первичного тока в
фазах трансформатора, полученные в результате расчета, изображены на рис. 34.
1122 41 2
IIdIdId
1
kk
тр тр
233 33 3
22
.
Кривая первичного тока асимметрична относительно оси абсцисс
и содержит четные гармоники. В каждом сердечнике в течение всего
периода существует однонаправленный поток, постоянный по ве-
личине и пропорциональный I
d / 3. Этот ток подмагничивает сер-
дечники магнитопровода, насыщает ярма трансформатора и замыкается в основном по воздуху и кожуху. Это заставляет увеличивать
сечение магнитопровода и увеличивает намагничивающий ток
трансформатора.
Соединение первичной обмотки в треугольник
Так как ток в каждой фазе обмотки трансформатора (рис. 35) протекает независимо от токов в
других фазах,
то его можно определить по переменным составляющим вторичного тока, пересчитав через коэффициент трансформации.
Например:
небрегая пульсациями тока, получим:
()/.
iiIdk
12 тр
AA
Отсюда, пре-
I
Рис. 35. Треуголь-
1
ник
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]